活性碳(AC)担载的贵金属催化剂广泛地应用于各种工业加氢反应,AC表面积高,耐酸碱,有利于贵金属的分散和回收,但其微孔不利于反应分子的扩散。本项目使用自行研制的介孔碳(CMC)和含氮介孔碳(NMC)制备担载的贵金属催化剂,CMC表面积高,孔径大,有利于反应分子在孔道中的扩散,从而提高担载贵金属的催化加氢反应活性,特别是涉及较大分子的反应。而NMC具有不同的表面电子密度和亲水性,由其担载的贵金属催化剂可能具有不同的催化性能。有关催化剂将用于不同的催化加氢反应,并与AC担载的相应催化剂比较。例如将Pd/MC用于松香的C=C双键加氢、Ru/MC用于邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的苯环加氢、Pd/NMC用于硝基氯苯的硝基加氢等,其中松香和DOP的分子量较大,分别为302和390,期望MC较大的孔径有利于它们的加氢反应,而NMC表面N原子的电子修饰作用可能有利于提高Pd/NMC上氨基氯苯的选择性。
Mespoporous carbon;Mespoporous C containing N;Noble metal catalysts;Catalytic hydrogenation;Diffusion effect
活性碳(AC)担载的贵金属催化剂广泛地应用于各种工业加氢反应,AC表面积高,耐酸碱,有利于贵金属的分散和回收,但其微孔不利于反应分子的扩散。在本项目中,我们使用自行研制的介孔碳(CMC)和含氮介孔碳(NMC)制备了担载的贵金属催化剂,在以苯乙烯加氢为乙苯的探针反应中,我们制备的Pd/CMC具有与进口Pd/AC一样的高活性,表明我们掌握了Pd/AC和Pd/CMC催化剂的先进制备技术,使得后续Pd/CMC催化剂的应用研究具有很高的起点。 由于CMC表面积高,孔径大,有利于反应分子在孔道中的扩散,从而提高了担载贵金属的催化加氢反应活性,特别是涉及较大分子的反应,当与AC担载的相应催化剂相比时,CMC的优越性就显现出来了。例如,我们将Pd/CMC用于松香(分子量302)和谷甾醇的C=C双键加氢和蒽醌加氢为氢醌、将Ru/CMC用于邻苯二甲酸二辛酯(DOP)(分子量390)、及二氨基二苯甲烷等的苯环加氢中时,CMC担载的贵金属催化剂都展示了卓越的催化活性,甚至CMC担载的金属钴催化剂也表现了优异的费托合成催化活性,显著优于Co/AC催化剂。而CO吸附量热表明,担载在CMC与AC上的贵金属表面的化学性质并无本质的不同。 本项目的不足之处是,对于含氮介孔碳(NMC)的研究较少,虽然知道了其表面具有不同于CMC的电子密度和亲水性,但对NMC担载的贵金属催化剂的表面性质还知之甚少,有关工作还将继续进行。 此外,通过国际合作(派遣研究生联合培养),我们还进行了CMC和NMC上的液相吸附量热研究,目前国内还缺乏相应的技术手段。还进行了CMC和NMC上储氢性能研究和吸附污染物(苯酚和尼古丁)的研究,也获得了初步结果,有关工作在本项目结题后还将继续进行。 本项目的研究工作目前已发表学术论文17篇,申请中国发明专利5项,较好地完成了主要研究目标和任务。